水力发电厂继电保护系统设计

继电保护系统是电厂工程设计中十分重要的一个专业项目，关系着工程投入运行后电厂发电设备及电力系统的安全、稳定运行。继电保护系统专业在理论上及应用技术上涉及面较广，且保护技术随着实际应用经验的积累及新技术的应用在不断地改进与更新。较早期应用的电磁型继电保护，当今已为微机型保护系统所取代，以更好的性能满足电厂及电力系统的要求。本书在总结经验和吸收新技术的基础上，从工程设计和运行应用方面，阐述目前国内外水力发电厂常用的继电保护系统的设计技术，包括继电保护系统的总体要求，电厂发电机、变压器、母线、输电线等主要电气设备继电保护及电力系统安全自动装置的工作原理、技术要求、配置要求和参数整定计算方法，电流、电压互感器的配置、选择及接线，与继电保护相关的电力系统短路计算，继电保护系统二次接线和电缆设计，电磁兼容要求和相关设计等技术，并分别给出工程设计选择计算实例。
除针对水力发电厂水轮发电机设置的继电保护外，书中的论述与计算，也可适用于
其他类型的发电机与发电厂。
本书由长江水利委员会长江勘测规划设计研究院梁建行、周强、陈吉祥、李程煌编
写，全书由梁建行主编，易先举校审，汪祖禄参加了部分章节的校审。
承蒙华中科技大学尹项根教授对本书初稿的审阅，提出了很多宝贵意见和建议，在此深表感谢。
限于作者水平，书中不足之处，敬请读者指出。
编著者
２０２１年８月

本书阐述大中型水力发电厂发电机、变压器、母线、输电线、厂用电等设备继电保护系统及电力系统安全自动装置的工程设计技术，包括保护原理、配置及装置的选择，电流互感器及电压互感器的配置及选择，保护接线的设计，继电保护电磁兼容要求及相关设计，保护的整定计算及电力系统短路计算，与电厂自动化系统及电厂其他系统接口的设计等。

本书由长江水利委员会长江勘测规划设计研究院梁建行、易先举、周强、陈吉祥等编著。全书由梁建行主编。梁建行是长江水利委员会长江勘测规划设计研究院机电设计分院退休专家，教授级高工，我国水电厂机电设计领域电气二次专业的知名老专家。

前言
１ 水力发电厂继电保护系统的任务和要求 １ 
１．１ 水力发电厂继电保护系统的任务 １ 
１．２ 水力发电厂继电保护系统的基本要求 １ 
１．３ 继电保护系统的一般结构 ５ 
２ 发电机保护 ８ 
２．１ 发电机保护的配置及要求 ８
２．２ 发电机定子绕组内部故障主保护 １３ 
２．３ 发电机相间短路的后备保护 ３７ 
２．４ 发电机定子绕组单相接地保护 ３９ 
２．５ 发电机励磁回路接地保护 ４９ 
２．６ 发电机低励失磁保护 ５６
２．７ 发电机失步保护 ７４ 
２．８ 发电机定子过电压保护 ８４ 
２．９ 发电机定子绕组过负荷保护 ８６ 
２．１０ 发电机转子表层过负荷保护 ８７
２．１１ 发电机励磁绕组过负荷保护 ８９ 
２．１２ 发电机定子铁芯过励磁保护 ９１ 
２．１３ 发电机逆功率保护 ９３ 
２．１４ 发电机轴电流保护 ９４ 
２．１５ 发电机突加电压（误上电）保护 ９６ 
２．１６ 发电机断路器失灵保护 ９８ 
２．１７ 发电机调相解列、频率异常、互感器断线及发电机启停保护 １００
２．１８ 发电机保护配置、接线及装置参数例 １０２ 
３ 变压器保护 １０８ 
３．１ 变压器保护的配置及要求 １０８ 
３．２ 变压器内部故障主保护 １１２ 
３．３ 变压器相间短路的后备保护 １３１ 
３．４１１０犽犞及以上系统变压器单相接地短路的后备保护 １４４ 
３．５ 变压器中性点非有效接地侧及０.４kV侧单相接地故障保护 １５２ 
３．６ 变压器过负荷保护 １５４ 
３．７ 变压器过励磁保护 １５９ 
３．８ 断路器失灵、三相不一致、断口闪络保护 １６０ 
３．９ 发电机变压器组公共纵差保护 １６４
３．１０ 变压器保护的配置及接线例 １６６ 
４ 母线保护 １７１ 
４．１ 母线保护的配置及要求 １７１ 
４．２ 母线电流差动保护 １７４
４．３ 电流比相式母线保护 １９１ 
４．４ 电弧光母线保护 １９３ 
４．５ 单母线保护 １９４ 
４．６ 双母线保护 １９５
４．７ 一个半断路器接线母线保护 ２０４ 
４．８ 角形母线保护 ２０７
４．１０３～６６犽犞母线单相接地保护 ２１０ 
５ 电线及并联电抗器保护 ２１１ 
５．１３～６６犽犞线路保护 ２１１ 
５．２１１０犽犞线路保护 ２３１ 
５．３２２０犽犞线路保护 ２６６ 
５．４３３０～５００犽犞线路保护 ２８５ 
５．５ 并联电抗器保护 ２９０ 
５．６ 输电线继电保护通道 ２９６ 
６ 断路器失灵保护及三相不一致保护 ２９９ 
６．１ 断路器失灵保护 ２９９ 
６．２ 断路器三相不一致保护 ３０３ 
６．３ 断路器保护屏、配置及接线例 ３０４
７ 自动重合闸、厂用电备用电源自动投入及厂用电动机保护 ３０７ 
７．１ 自动重合闸方式及其配置和要求 ３０７
７．２ 自动重合闸的原理及动作逻辑 ３１２ 
７．３ 重合闸的整定 ３１５ 
７．４ 电厂厂用电备用电源自动投入 ３１
７．５ 厂用电动机保护 ３２０ 
８ 故障记录及继电保护信息管理 ３２４ 
８．１ 故障记录 ３２４ 
８．２ 继电保护信息管理系统 ３３１ 
９ 电力系统短路、非全相断相及振荡计算 ３３３
９．１ 电力系统短路计算项目及计算条件 ３３３ 
９．２ 对称分量法及电力系统短路计算 ３３４ 
９．３ 有名单位制和标幺制及网络中主要元件的电抗 ３３９ 
９．４ 序网络及其等值变换 ３４７ 
９．５ 各种类型短路计算 ３５１ 
９．６ 非全相断相及振荡计算 ３６２ 
１０ 电流、电压互感器的选择、配置及接线 ３６６ 
１０．１ 测量用电流互感器的类型、性能参数及选择 ３６６
１０．２ 保护用电流互感器的类型、性能参数及选择 ３７３ 
１０．３ 电流互感器的配置、产品技术参数及选择计算 ４０６ 
１０．４ 电压互感器的选择及配置 ４１９ 
１０．５ 电压互感器的铁磁谐振及暂态响应 ４２９
１０．６ 电流、电压互感器二次回路接线 ４３０ 
１１ 电磁兼容及相关的设计 ４３５ 
１１．１ 保护系统的电磁兼容性要求 ４３５ 
１１．２ 与电磁兼容相关的电厂设计 ４３８ 
１２ 电缆、直流电源、与自动化系统配合及二次回路 ４４１ 
１２．１ 电缆的选择及敷设 ４４１
１２．２ 直流电源 ４４７ 
１２．３ 保护与厂站自动化系统的配合及接口 ４４７
１２．４ 二次回路 ４４８
附录Ａ 发电机机端及定子内部单相接地的电压、电流分析计算 ４４９ 
附录Ｂ 电厂高压侧系统接地短路时传递至发电机电压侧零序电压的计算 ４６１ 
附录Ｃ 变压器联结组别及短路电流在各侧的分布 ４６２ 
附录Ｄ 电力系统短路时保护用电流互感器的暂态过程分析 ４７１ 
附录Ｅ 短路保护的小灵敏系数 ４７９ 
附录Ｆ 术语 ４８０ 参考文献 ４８５

本书是水电厂电气二次设计系列书之一。